无人机在桥梁检测中的应用与发展研究

吴厚鑫

摘 要：作为大型土木工程的一种，桥梁工程的结构是非常复杂的，由于桥梁结构需要发挥荷载的作用，所以必须防止其出现老化、腐旧的情况，达到排除桥梁质量隐患、安全隐患的目的。当桥梁投入使用后，后续也会出现很多问题，例如损伤累积、抗力衰退等，因此为了提高桥梁检测成效，我们通常借助无人机进行辅助。基于此，本文主要分析无人机在桥梁检测中的应用与发展。

关键词：无人机;桥梁检测;应用与发展

在改革开放不断深化的过程中，我国交通基础设施建设发展迅速，其中桥梁以平均每年2万座的速度在快速地增长，截至2020年，我国公路桥梁数量远超85万座，俨然成为国际桥梁第一大国[2]。在公路桥梁建设快速发展的过程中，如何保证桥梁的安全性以及耐久性是亟待解决的一个问题，因此我们必须加强对桥梁的监测和检测力度。

1 传统桥梁检測方式概述

1.1 桥梁检测作业分类

桥梁检测一般是对桥梁结构以及桥梁外观进行检测，并结合相关检测数据进行结果评定。在对桥梁结构性能进行检测的时候通常需要应用力学实验辅助;而在检测桥梁外观的时候，一般是借助肉眼或其他辅助工作完成，例如望远镜、桥检车等。在进行桥梁检测作业的时候，可以将作业内容分成四个部分，分别是日常巡检、经常巡检、定期检测和专项检测。

在进行日常巡检的时候一般是通过目测的方式，检查桥梁上是否出现零部件缺失、损坏等问题，判定桥梁结构是否出现异变。而经常检测需要添加相应的辅助工具，对桥梁各部件进行检测，判断桥梁部件损伤程度。定期检测表示全面对桥梁进行检测。而专项检测一般是出现特殊情况的时候才会使用的一种检测方式，例如车祸、洪水、地震等。

1.2 传统桥梁检测相关设备

在进行桥梁检测的时候最常用的方法是目视，仪器一般是对人工进行辅助。常用的桥梁检测设备有望远镜、梁下检修桁车、登高车、桥塔检修吊台等，是当前大部分桥梁保养单位的工作方式。其中登高车主要是将检测人员送到检测位置，在具体进行桥梁损坏测量的时候还需要借助专业的手段进行检测。在桥梁检测技术不断发展的背景下，其检测方式和手段也越来越多，正逐渐朝着智能化的方向发展，其中缆索机器人、水下机器人、无人机等设备是很常见的。

2 无人机桥梁检测特征

2.1 无人机桥梁检测系统构成

应用无人机对桥梁进行检测，应当构建完整的无人机桥梁检测系统，通过无人机、任务荷载系统、地面站系统、数据传输系统等不同结构的结合，有效发挥对桥梁的检测作用。从飞行结构对无人机进行划分，当前可用于桥梁检测的民用无人机可以分成三类：旋翼无人机、扑翼无人机以及固定翼无人机。旋翼无人机主要是通过旋翼的高速旋转产生动力的一种飞行棋，其结构相对简单，可以进行垂直起降，能够在有限时间内悬停在空中，能够在比较复杂的空间环境下完成对图像的采集，因此使用无人机对桥梁进行检测通常采用的是旋翼式无人机。采用无人机对桥梁进行检测，可以将GPS等检测设备配置到无人机上。与专用于航拍的无人机比起来，桥梁检测的无人机将三轴增稳云台放置在机体上方，而航拍无人机其云台则置于机体下方。

2.2 无人机桥梁检测技术优势

和传统的桥梁检测方式相比，无人机能够挂载检测设备在空中进行作业，其技术优势更为突出，本身具有较强的机动性，能够快速检测到传统检测方式触及不到的地方，弥补传统检测的短板和死角。在具体操作过程中，无人机的构造相对简单，其具有小巧、轻便的特点，在进行运输和维护的时候非常便捷。和传统检测设备相比，无人机的成本更低，使用无人机对桥梁进行检测不用封闭交通，不会影响正常交通秩序。从安全方面考了，无人机完全可以代替人工高工作业的方式，相关人员能够在相对安全的地方完成对桥梁的检测，人身安全进一步得到保障。无人机检测一般会用在对桥梁的经常性检测作业中，并通过望远镜等设备进行辅助，能够提高养护人员的巡检效率[3]。在进行定期检测以及特殊检测的时候，无人机能够提高检测的安全性，通过与专业检测设备的精确结合，有效完成检测作业，提高桥梁检测效率与成效，达到降低检测成本的效果。

2.3 无人机桥梁检测技术流程

无人机桥梁检测技术的实施是否规范，直接影响检测结果的准确性。以美国无人机桥梁检测技术为例，其将无人机桥梁检测分成了五个步骤，分别是桥梁信息分析、场地风险评估、准备无人机、无人机实施检测、识别损伤。而韩国的交通运输部门将无人机检测分成了三个步骤，分别是检测前准备、检测阶段以及检测后数据处理阶段。在检测准备期间，主要是制定检测方案并初步对掌握桥梁基本信息;检测期间由相关技术人员控制无人机到达指定检测点，具体开展图像采集工作;检测完毕对数据进行处理的过程中，主要通过图像数据进行分析和评估，判定桥梁状态和损伤程度。这两个国家虽然将无人机桥梁检测技术分成了不同的步骤，但是其基本检测流程以及内容基本是相同的。

3 无人机在桥梁检测中的优劣势分析

3.1 优势分析

和传统的桥梁检测手段相比，无人机桥梁检测技术的优势主要体现在以下几点[4]。

3.1.1 整体性好，效率高

无人机能够轻松到达人力难以触及的部位，能够对细节部位进行反复采样，检测效率非常高，极大缩减桥梁检测的时间，多方面控制检测成本。

3.1.2 灵活性强

无人机检测方案具有较强的灵活性，检测人员能够在后台对检测方案进行调整和修改，通常会配备多种预备方案，会结合现场实际情况对方案作出调整。

3.1.3 成本低

使用无人机进行桥梁检测，不需要投入大量物力、人力成本，只需要打造一个具备无人机操控技术的团队即可，通过使用无人机对桥梁病害情况进行初筛，可以极大缩减精简设备费用。

3.1.4 安全性强

无人机几乎可以完全替代人力在桥座、桥墩、桥腹等较危险地段进行检测，能够最大程度降低人工风险。

3.2 劣势分析

3.2.1 容易受环境因素影响

常规配置的无人机在对桥梁进行检测的时候，很容易受到周边环境的影响，例如大风天气、电磁环境以及物理环境，这些因素都会对无人机的稳定性造成影响，进而影响检测数据的准确性。

3.2.2 受无人机配置条件影响较大

无人机的配置不同，其负载能力、稳定性、续航、防风等能力的差别比较大，直接影响桥梁检测的结果。所以为了达到良好的检测效果，在制定检测方案的时候，通常会考虑桥梁类型和环境因素，进而选择合适的无人机。例如在对大型桥梁进行检测的时候，续航能力强的无人机为首选;如果被检测桥面过宽，应当考虑无人机是否会出现信号弱的问题，适当为无人机施加雷达避阻、红外测距等技术手段。

3.2.3 对操作人员要求较高

因为桥梁检测需要较高的专业度，从一定程度上讲在进行无人机操作的时候操作人员需要具备一定的专业素养，具备有效识别桥梁病害的能力。因为无人机操作具有一定难度，因此操作人员的门槛比较高，进而限制了无人机桥梁检测技术的推广。

4 无人机桥梁检测硬件设备要求

无人机对桥梁进行检测与其他领域的无人机相比有很大不同，用于桥梁检测的无人机需要在未配备GPS的情况下稳定悬停，同时还需要搭载高精度的相机采集桥梁病害数据。使用无人机检测桥梁需要用到的硬件设备可以分为以下五种。

4.1 飞行器主体

因为桥梁结构非常复杂，无人机在采集图像数据的时候需要完成稳定悬停拍摄，通常采用稳定性较强的旋翼无人机，要考虑无人机在飞行过程中可能会出现的碰撞问题，所以应当施加一定的保护措施，避免无人机与桥梁结构碰撞时发生炸机风险。

4.2 桥下定位

桥梁下方空间以及桥梁钢铁结构都会对无人机产生磁干扰，会对GPS信号造成影响，进而影响无人机飞行的稳定性。因此要充分考虑桥梁检测过程中，桥梁钢铁结构、地板等复杂环境，应当为无人机配备超声波、视觉定位系统、惯性导航系统等技术，确保无人机可以在无人操作的情况下完成作业。

4.3 上置云台

桥梁检测期间，对桥梁支座等结构进行检测需要使用上置相机收集图像数据，所以应当在无人机上端安装三轴稳定云台，便于通过无人机对桥梁特殊结构进行拍摄。

4.4 变焦相机

在桥梁病害当中，裂缝是很难被观测到的，将变焦相机配置到上置云台上，可以在相应的距离范围内通过光学变焦拍摄到清晰的图片，为后续软件处理和分析提供良好的帮助。

4.5 图像传输

在检测大型桥梁的时候，出于安全性和数据准确性考虑，检测人员应当及时获取无人机信息，应用稳定的图像传输技术，能够保证桥梁检测的安全和效率。

5 桥梁检测技术发展展望

和传统的桥梁检测技术相比，无人机能够弥补桥梁检测中的效率和经济短板，同时还能够在复杂环境下进行作业，降低桥梁检测的难度。但是在当前桥梁检测中，无人机通常被当作空中信息采集站，如何对采集的信息进行识别、管理和跟踪，将无人机检测的潜能充分发挥出来还是一个亟待解决的问题。笔者认为未来无人机桥架检测技术可能会朝着以下几个方向发展。

5.1 实景三维以及BIM结合应用

通过3D视角对桥梁的数据进行展示，结合所展示的数据有效对桥梁进行管理和维护，桥梁检测的效率得到进一步提升。

5.2 桥梁检测朝智能化发展

在科学技术不断发展的背景下，未来桥梁检测将会朝着智能化的方向发展，无人机将会搭载智能化功能，逐渐取代人工对桥梁进行检测，最大程度降低作业风险，提高检测效率[1]。

5.3 自动化水平提升

未来通过无人机对桥梁病害数据进行采集，其数据采集的方式逐渐朝自动化方向发展，结合多种定位技术，根据提前设计好的飞行航線无人机能够自主完成采集工作，降低人工操作的难度。

6 结语

综上所述，在科学技术日渐成熟的今天，无人机桥梁检测技术已经逐渐取代了传统桥梁检测技术。应用无人机对桥梁进行检测，能够高效检测出桥梁病害问题，实现对桥梁病害的精准识别。无人机在桥梁检测中的应用，能够极大缩减桥梁检测成本，提高检测效率，在未来科技发展的过程中，无人机桥梁检测技术也将朝着自动化、智能化的方向发展。

参考文献：

[1]余阳.专业模块化无人机在桥梁检测中的应用与发展[J].市政技术，2020，38（6）：78-79+83.

[2]王啸林.试论无人机在桥梁检测中的应用与发展[J].中国水运（下半月），2018，18（4）：199+207.

[3]冯源.无人机在桥梁检测中的应用与发展[J].居业，2017（10）：31+33.

[4]彭玲丽，黄少旭，张申申，等.浅谈无人机在桥梁检测中的应用与发展[J].交通科技，2015（6）：42-44.